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牛頓萬有引力的故事

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伊薩克·牛頓,是17世紀人類最偉大的科學家,他是人類歷史上屈指可數的幾個科學巨人之一。他在物理學、數學和天文學方面的貢獻,都是劃時代的。那麼在萬有引力的故事怎麼來的呢?下面是本站小編收集整理好的牛頓萬有引力的故事,歡迎閱讀本文!

牛頓萬有引力的故事

任何兩個物體之間都存在相互吸引作用。物體之間的這種吸引作用普遍存在於宇宙萬物之間,稱爲萬有引力。

牛頓發現萬有引力的原因很多,主要爲以下幾點:首先是科學發展的要求。

在牛頓之前,有很多天文學家在對宇宙中的星星進行觀察。

開普勒對這些觀測結果進行了分析總結,得到開普勒三定律:(1)所有行星都繞太陽做橢圓執行,太陽在所有橢圓的公共焦點上;(2)行星的向徑在相等的時間內掃過相等的面積;(3)所有行星軌道半長軸的三次方跟公轉週期的二次方的比值都相等。

開普勒三定律是不容置疑的,但爲什麼會這樣呢?是什麼讓它們做加速不爲零的運動?

牛頓經過研究思考解決了這個問題:物體之間存在萬有引力。

當然,他發現萬有引力定律是一個漫長而曲折的過程。

其次是個人原因。牛頓發現萬有引力定律,雖然是科學發展的要求,生產力發展的原因,但我們不能忽略牛頓本人的一些因素——聰明,勤于思考,擁有一定的知識量。

據《物理學史》記載,牛頓在發現萬有引力定律的那一段時間,真正地廢寢忘食(每天魂不守舍,在食堂吃飯,飯碗在前,他在發呆。去食堂吃飯,卻走錯了方向。一些老師在校園後的沙灘上散步時,看見了一些古怪的算式和符號)。

1669年,他年僅26歲,就擔任了劍橋的數學教授,1672年當選爲英國皇家學會會員。

英國皇家學會不是一般人能進去的,那是科學研究中心,裏面都是一流的科學家。

1666年,23歲的艾薩克·牛頓還是劍橋大學聖三一學院三年級的學生。看到他白皙的面板和金色的長髮,很多人以爲他還是個孩子。他身體瘦小,沉默寡言,性格嚴肅,這使人們更加相信他還是個孩子。他那雙銳利的眼睛和整天寫滿怒氣的表情更是拒人於千里之外。

黑死病席捲了倫敦,奪走了很多人的生命,那確實是段可怕的日子。

大學被迫關閉,像艾薩克·牛頓這樣熱衷於學術的人只好返回安全的鄉村,期待着席捲城市的病魔早日離去。

在鄉村的日子裏,牛頓一直被這樣的問題困惑:是什麼力量驅使月球圍繞地球轉,地球圍繞太陽轉?爲什麼月球不會掉落到地球上?爲什麼地球不會掉落到太陽上?

坐在姐姐的果園裏,牛頓聽到熟悉的聲音,“咚”的一聲,一隻蘋果落到草地上。

他急忙轉頭觀察第二隻蘋果落地。第二隻蘋果從外伸的樹枝上落下,在地上反彈了一下,靜靜地躺在草地上。

蘋果落地雖沒有給牛頓提供答案,但卻激發這位年輕的科學家思考一個新問題:蘋果會落地,而月球卻不會掉落到地球上,蘋果和月亮之間存在什麼不同呢?

第二天早晨,天氣晴朗,牛頓看見小外甥正在玩小球。他手上拴着一條皮筋,皮筋的另一端繫着小球。他先慢慢地搖擺小球,然後越來越快,最後小球就徑直拋出。

牛頓猛地意識到月球和小球的運動極爲相像。

兩種力量作用於小球,這兩種力量是向外的推動力和皮筋的拉力。

同樣,也有兩種力量作用於月球,即月球執行的“推動力”和“重力”的拉力。

正是在重力作用下,蘋果纔會落地。牛頓首次認爲,重力不僅僅是行星和恆星之間的作用力,有可能是普遍存在的吸引力,不但適用於碩大的天體之間,而且適用於各種體積的物體之間。

蘋果落地、雨滴降落和行星沿着軌道圍繞太陽執行都是萬有引力作用的結果。人們普遍認爲,適用於地球的自然定律與太空中的定律大相徑庭。

牛頓的萬有引力定律沉重打擊了這一觀點,它告訴人們,支配自然和宇宙的法則是很簡單的。牛頓推動了引力定律的'發展,指出萬有引力不僅僅是星體的特徵,也是所有物體的特徵。作爲所有最重要的科學定律之一,萬有引力定律及其數學公式已成爲整個物理學的基石。

當時牛頓提出了萬有引力理論,得出萬有引力的公式,F=Gm1m2/r2。因爲公式中的“G”數值實在太小了,直到1798年英國物理學家卡文迪許利用著名的卡文迪許扭秤(即卡文迪許實驗)才較精確地測出了引力恆量的數值。萬有引力定律是牛頓在1687年出版的《自然哲學的數學原理》一書中首先提出的。

牛頓利用萬有引力定律不僅說明了行星運動規律,而且還指出木星、土星的衛星圍繞行星也有同樣的運動規律。他認爲月球除了受到地球的引力外,還受到太陽的引力,從而解釋了月球運動中早已發現的二均差、出差等。另外,他還解釋了彗星的運動軌道和地球上的潮汐現象。

根據萬有引力定律成功地預言並發現了海王星。萬有引力定律出現後,才正式把研究天體的運動建立在力學理論的基礎上,從而創立了天體力學。簡單地說,質量越大的東西產生的引力越大,地球的質量產生的引力足夠把地球上的東西全部抓牢。

17世紀早期,人們已經能夠區分很多力,比如摩擦力、重力、空氣阻力、電力和人力等。牛頓首次將這些看似不同的力準確地歸結到萬有引力概念裏:蘋果落地,人有體重,月亮圍繞地球轉,所有這些現象都是由相同原因引起的。牛頓的萬有引力定律簡單易懂,涵蓋面廣。牛頓的萬有引力概念是所有科學中最實用的概念之一。牛頓認爲萬有引力是所有物質的基本特徵,這成爲大部分物理科學的理論基石。